用于确定材料的感光特性的方法

文档序号:54443 发布日期:2021-09-28 浏览:13次 >En<

阅读说明:本技术 用于确定材料的感光特性的方法 (Method for determining the light-sensitive properties of a material ) 是由 C·M·斯坦奇克 D·A·康纳 T·R·伊顿 于 2020-02-19 设计创作,主要内容包括:本发明提供了通过使产品材料暴露于受控的光暴露并且测量产品材料中的变化以量化感光性来确定产品材料的感光特性的方法。(The present invention provides methods for determining the photosensitive characteristics of a product material by exposing the product material to a controlled light exposure and measuring changes in the product material to quantify the photosensitivity.)

用于确定材料的感光特性的方法

技术领域

本发明涉及产品和包装材料领域,更具体地涉及用于确定产品材料的一种或多种感光特性的方法。此外,本发明可适用于评估包装材料对所鉴定的感光产品材料的影响。

背景技术

许多产品材料含有诸如营养物质、芳香剂、着色剂和/或调味剂的成分,这些成分可因暴露于自然光、滤过光和/或人造光(包括日光、零售灯和消费者住宅内的光)而受到负面影响。产品材料的示例包括食品、饮料、化妆品、药品、工业化学品、农用化学品、农产品、啤酒、葡萄酒、油、乳制品。作为暴露于光的匡接或间接结果,这些产品材料可导致许多不同的化学和物理变化,这可统称为光化学过程。如Atkins所述,光化学过程可包括初吸收、物理过程(例如荧光、碰撞诱导的发光、受激发射、系间窜跃、磷光、内转换、单线态电子能量转移、能量汇聚、三线态电子能量转移、三线态-三线态吸收)、电离(例如潘宁电离(Penningionization)、离解电离、碰撞电离、结合性电离)、或化学过程(例如离解或降解、加成或插入、夺取或破碎、异构化、离解激发)(Atkins,P.W.;Table 26.1PhotochemicalProcesses.Physical Chemistry,5th Edition;Freeman:New York,1994;908.)。

例如,光可引起光敏物质(例如乳品食物产品中的核黄素)的激发,其可随后与存在的其他物质(例如氧、脂质)反应诱发变化,包括降解有价值的产物(例如在食物产品中的营养物质)并逸出可以调节产品品质的物质(例如食物产品中的异味)。

理解产品材料和包装的产品材料的感光性很重要,因为在它们的配送、零售和消费者使用期间,应当保护它们免受光暴露引起的变化。此外,应当理解产品材料的感光性,以便设计包装材料以在感光性产品材料容纳在包装中时保护该感光性产品材料。

最近开发的技术提供了稳健的科学方法和装置,从而以允许在包装概念之间进行相对比较的方式快速量化包装概念的光保护性能,所述光保护性能与此类包装概念在其目标实际应用中使用的条件有关。参见例如共同拥有的WO 2013/163421和WO 2013/162947,其主题以引用方式并人本文。这些专利申请中所公开的装置和方法允许为包装材料和概念创建性能设计模型,并且允许实现给定的包装成本、重量、材料使用或其他设计要求所需的性能属性平衡的光保护包装的有效设计。WO 2013/163421和WO 2013/162947公开了用于在加速的时间范围内量化包装概念的光保护性能的方法和装置。在某些实施方案中,该装置包括提供光束的光源,该光束在传输到包含感光实体(诸如感光营养物质)的样品室之前撞击到光保护包装材料上。在某些实施方案中,该装置和方法可用于基于一些其他已知的定性或定量特性来产生用于预测未测试包装材料的光保护性能值的模型。

WO 2013/163421的方法可用于其中了解包装内容物的感光性的消费性包装品类别。例如,该方法可用于保护乳制品,其中众所周知,核黄素是乳制品中存在的关键感光实体,其将导致产品营养物质和感官质量的劣化。因此,WO 2013/163421中提出的方法允许使用关键感光物类及其行为的知识作为加速光暴露条件下的简单溶液来评估乳品包装的光保护潜能。在WO 2013/163421中,使用了包含核黄素的模型溶液,其中其在光暴露条件下的行为预测了全产品体系(例如,乳品奶)的性能。

存在许多其他感光消费性包装商品,其中包含在产品内的与光相互作用的材料既不是已知的也未与产品中的其他成分分离。因此,不能应用WO 2013/163421的教导内容,其基于用于预测已知感光材料的性能的模型或标记。

因此,在材料或产品材料的感光性未知的情况下,拥有允许鉴定和量化感光产品材料的方法是有价值的。当存在着其中不知道材料中的何种物类或多种物类与光相互作用的产品材料时,不能应用WO 2013/163421中提出的方法来评价包装材料的光保护性能。更具体地,如果存在于产品中的感光物类是未知的,则研究和应用WO 2013/163421的教导内容的标记溶液也是未知的。

此类具有未知感光性的产品材料的示例包括例如天然产品,诸如油、果汁、植物乳、葡萄酒、啤酒、烈酒、烧酒、提取物或其他发酵产品,因为它们的组成通常相当复杂并且没有标准化,存在着评价方面的挑战。在成分内可能存在相互作用的复杂相互影响的情况下,将光对产品中甚至少数成分的影响进行隔离可能是一项挑战。此外,在天然产品中可能存在难以用简单模型系统复制的不均匀性(例如,多相、聚合物中的链长分布、异构体)。

由于这些原因,希望具有允许研究产品材料诸如消费性包装商品以鉴定它们的感光性的方法。这包括具有未知感光实体的产品材料以及具有可能以未知量或比率存在的多个实体的产品,诸如天然来源的产品如油或果汁。

橄榄油是可因暴露于光而受到负面影响的天然产品。因为橄榄油是天然产品,故其组成基于橄榄所生长的地区和气候、从果实收获油的过程,以及后续对油进行加工、存储和包装时的性质而经受变化。在该示例中,可以理解,虽然可能不存在代表所有上述变量的已知标记溶液以允许使用WO 2013/163421的教导内容对橄榄油进行评价,但是使用全橄榄油的评价可以允许用以确定橄榄油产品的感光性的创新方法。

化妆产品可由多种物类配制,通常一些物类是天然产品(例如植物油和提取物)。如果这些产品接受光暴露,则这些产品的特性可能存在问题,诸如产品功效或香味的变化。尽管使用WO 2013/163421的教导内容可能不能鉴定适当的标记,但整个产品的评价可用于确定产品的感光性。

发明内容

在一个方面,本发明提供了一种用于确定产品材料的至少一种感光特性的方法,该方法包括:(a)提供包含至少一种未知感光实体的产品材料;(b)提供室以在受控温度下容纳产品材料;(c)提供稳定的光源以提供具有光束强度的光束;(d)将产品材料置于室中,从而得到样品室;(e)将样品室置于光束中;(f)使样品室暴露于光束强度达至少一段持续时间;(g)在至少一段持续时间内测量在样品室内所容纳的至少一种感光实体的变化,以产生至少一个数据点;以及(h)利用至少一个数据点来鉴定至少一种感光实体上的变化。

附图说明

图1是可根据本发明使用的设备的示意图。

图2是根据本发明的一个方面的室和样品室的示意图。

具体实施方式

应当理解,本发明不受特定实施方案的限制,所述实施方案当然能够改变。也应当了解本文所用的术语仅是为了描述特定实施方案,而不旨在进行限制。另外,出于引用的目的,本文引用的所有出版物均以相同的范围以引用方式并人,就像各自具体地且单独地表明以引用方式并人本文。

当在本说明书和所附权利要求中使用时,除非内容清楚地表明,单数和单数形式的术语包括复数指代。因此,例如,提及到的“感光实体”、“该感光实体”或“一种感光实体”也包括多种感光实体。术语“感光实体”的使用也包括作为实际物质的该感光实体的多个分子。

此外,如本文所用,将“包含/包括”解释为明确说明存在提及的所述特征、整数、步骤或组分,但是不排除一种或多种特征、整数、步骤、组分或其组的存在或添加。因此例如,包含感光实体的样品可包含附加的感光实体或其他组分,诸如其他非感光营养物质。另外,术语“包含/包括”旨在包括由术语“基本上由...组成”和“由...组成”涵盖的实施例。相似地,术语“基本上由...组成”旨在包括由术语“由...组成”涵盖的实施例。

本发明提供了用于评估产品材料的方法,该产品材料贯穿本公开也可称为产品、食品、饮料、化妆品或其他具体类别。

本发明涉及感光性未知的产品材料。虽然产品材料的许多方面可为已知的,包括产品材料的基本成分或组成以及甚至成分的相对量,但产品材料在期望条件下的感光性是未知的或未定量的。

在一个方面,本发明提供了一种用于确定产品材料的至少一种感光特性的方法,该方法包括:(a)提供包含至少一种未知感光实体的产品材料并且测量其初始数据点;(b)提供室以在受控温度下容纳产品材料;(c)提供稳定的光源以提供具有光束强度的光束;(d)将产品材料置于室中,从而得到样品室;(e)将样品室置于光束中;(f)使样品室暴露于光束强度达至少一段持续时间;(g)在至少一段持续时间内测量在样品室内所容纳的至少一种感光实体的变化,以产生至少一个数据点;以及(h)利用至少一个数据点和初始数据点来鉴定至少一种感光实体上的变化。

在本发明的一个方面,包含至少一种未知感光实体的产品材料保持在受控的气氛条件和搅拌中的一者或两者下,样品室的外表面保持没有冷凝物,并且/或者光束是准直的。此处,受控气氛指示样品室是封闭的,并且可根据需要使气体或气氛鼓泡通过样品以改变样品室内的气氛。因此,在一些实施方案中,样品室的顶部空间或样品内溶解的气体可含有经改变且可与环境大气不同的气氛。这种改变的气氛可包含比率和水平不同于环境大气的气体,诸如氮气、二氧化碳或氧气。在其他实施方案中,可以使用附加或不同的气体来改变气氛。

在一些实施方案,至少一种未知感光实体是食品、饮料、药物、药品、化妆品、农用化学品或其他含感光物类产品的成分。在其他实施方案中,至少一种未知感光实体包括存在于选自以下的产品材料中的一种或多种感光实体:天然和合成食品添加剂、染料和颜料;叶绿素;肌红蛋白、氧合肌红蛋白和其他血红素蛋白;水溶性和脂溶性必需营养素、矿物质和维生素;含有脂肪酸的食品组分;油;蛋白质;药物化合物;个人护理和化妆品制剂化合物和组分;家用化学品及其组分;以及农用化学品及其组分。在附加实施方案中,至少一种未知感光实体存在于选自2、3、4、5、6、7、8、9、10种或更多种给定类别的材料中。

参考附图和根据本发明的某些实施方案的讨论,可以更好地理解本发明。

图1示出了在所公开的方法中可用的本发明的设备的一个可能的实施方案。应当理解,本发明不限于以下某些实施方案的描述。总体设备的各个部件可以被容纳在壳体60内,该壳体就实验期间被分析的光谱而言通常是阻光的。为了在壳体内保持适当的气氛条件(温度、湿度等),壳体60可以具有排气扇和空气动力管58,其允许壳体60内的空气以期望的间隔和/或速率循环。

在壳体60内,光源,诸如灯(未示出)可容纳在灯罩16内,并经由适当的电连接(未示出)连接到光源电源14,该光源电源继而经由适当的电连接(未示出)连接到灯控制器10。

光源为稳定的光源。如本文所用,稳定的光源是在整个光谱波长上提供强度一致的光谱的光源。在本发明的一个方面,监测光谱的稳定性并且根据需要调节强度以校正随例如灯老化的强度变化。光源可为产生期望的光强度、稳定性和光谱特征的任何合适的光源。根据实验需要,所使用的光源可包括白炽光源、荧光光源、电弧放电灯、LED(发光二极管)和/或激光光源。例如,这些光源包括但不限于碳弧、汞蒸气、氙弧、钨丝或卤素灯泡。在一个特定实施方案中,光源是氙弧灯。

在某些实施方案中,光源能够提供约0.001W/cm2至约5W/cm2的强度,如在所限定的监测位置处测量的。在其他实施方案中,光源能够提供至少约0.001W/cm2、0.005W/cm2、0.007W/cm2、0.01W/cm2、0.05W/cm2、0.1W/cm2、1W/cm2、2.5W/cm2或5W/cm2的强度,如在所限定的监测位置处测量的。在另外的实施方案中,光源能够提供不超过约0.001W/cm2、0.005W/cm2、0.007W/cm2、0.01W/cm2、0.05W/cm2、0.1W/cm2、1W/cm2、2.5W/cm2或5W/cm2的强度,如在所限定的监测位置处测量的。在另外的实施方案中,光源能够提供约0.005W/cm2至约4W/cm2、约0.007W/cm2至约3W/cm2、约0.01W/cm2至约2.5W/cm2、约0.05W/cm2至约2W/cm2、或约0.1W/cm2至约1W/cm2的强度,如在所限定的监测位置处测量的。

在其他实施方案中,光源能够产生具有约200nm至约2000nm的光谱特征的光。在其他实施方案中,光源能够提供至少约200nm、220nm、240nm、260nm、280nm、290nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800,nm、900nm、1000nm、1250nm、1500nm、1750nm或2000nm波长处的光。在另外的实施方案中,光源能够提供不超过约200nm、220nm、240nm、260nm、280nm、290nm、300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm、800,nm、900nm、1000nm、1250nm、1500nm、1750nm或2000nm波长处的光。在另外的实施方案中,光源能够提供约220nm至约1750nm、约240nm至约1500nm、约260nm至约1250nm、约290nm至约1000nm、约200nm至约400nm、约350nm至约750nm、或高于约750nm的光谱特征。

在某些实施方案中,光源的强度和/或光谱特性由透镜、水基红外滤光器(以管理光束的热特征)和光谱滤光器中的一者或多者来控制和/或改变。例如,来自灯罩16内的灯的光行进穿过准直透镜组件20,然后穿过红外滤光器22,即附接到水贮存器34和水泵36上的水基红外滤光器,该水泵的流量由泵流控制器4控制,水泵36经由适当的电连接附接到该泵流控制器。准直和红外过滤后的光然后行进穿过光学滤光器保持器24,该光学滤光器保持器可任选地包含一个或多个光学滤光器以使光束或其部分衰减。尽管在图1中以特定次序示出了透镜、红外滤光器和光谱滤光器,但这既不视为指示所有这些部件均是必需的,也不视为指示所指定的次序是必需的。这些部件能够以任何期望的次序和/或以任何期望的组合使用,包括在本发明的设备和方法中不采用它们中的任一者。

在某些实施方案中,在壳体60内,容纳在灯罩16内的光源,诸如灯(未示出)经由适当的电连接(未示出)连接到光源电源14,该光源电源继而经由适当的电连接(未示出)连接到灯控制器10。灯反馈监视器18电连接到灯控制器10。灯反馈监视器18与灯控制器10通信,该灯控制器继而与光源电源14通信以调节提供给光源的功率量和/或以便调节从光源发出的光的强度。

在一个实施方案中,为了确保光束具有适当的强度,可以使用沿光路33定位的多个保持器31中的一个来将光功率密度传感器30定位在光束内,例如可移除地定位。在一个优选的实施方案中,可使用保持器和适当设计的支承设备将光功率传感器30可移除地定位在光束内。光功率密度传感器30经由适当的连接(未示出)附接到光能量计12。可将光功率密度传感器30插入到适当的保持器中,使得可以例如在实验开始之前且在实验结束之后再次和/或在实验期间的一些时间获取离散的强度读数。这将允许在实验之前和之后均测试光束的强度,使得用户可以确保功率强度被正确地设置并且在整个实验中不显著增大或减小。

在其他实施方案中,为了确保光束具有适当的光谱特性,可以使用沿光路33定位的多个保持器31中的一个保持器或者通过使用保持器和适当设计的支承设备来将光度计传感器32可移除地定位在光束内。光度计传感器32经由适当的连接(未示出)附接到光度计8。可将光度计传感器32插入到适当的保持器中,使得可以例如在实验开始之前且在实验结束之后再次获取离散的光谱读数。这将允许在实验之前和之后测试光束的光谱特征,使得用户可以确保光谱特征在实验的时间范围内是期望和稳定的。

在另一个实施方案中,光束的一部分可以背离光路33朝向合适的监测位置(未示出),以便允许在实验期间监测光束强度和/或光谱特征。

在设备或方法的操作期间的光暴露开始和停止可例如通过快门机构26来控制,该快门机构的操作由快门控制器6来控制,快门机构经由适当的连接(未示出)附接到该快门控制器。此外,撞击到样品室上的光束的横截面积可通过位于多个保持器31中的一个保持器内的膜片28来调节,该膜片可根据需要打开和闭合以产生期望直径的光束。同样,尽管在图1中示出了这些部件,但这不应视为指示它们中的一个或全部是必需的。例如,在没有快门的情况下,可以经由通过灯控制器10和/或光源电源14简单地控制光束的启动来操作该设备。类似地,光束的尺寸可另选地例如通过准直透镜20来控制。

在穿过膜片28之后,光束将照射在样品室44上。在本发明的一个方面,样品室44可以在实验运行期间通过样品室保持器42保持在适当的位置,该样品室保持器可任选地为隔热的,使得其更高效且有效地保持温度。样品室保持器42在热电控制器(未示出)的控制下与传热块48直接接触,该传热块附接到热电装置50。热电装置50可为加热器或冷却器,或者为能够同时加热和冷却的装置。在操作期间,热电控制器指导热电装置50的温度设定点。通过传热块48,由热电装置50产生的温度梯度(冷或热)传递到样品室保持器42。这允许样品室44内的温度在整个实验运行中保持在固定温度。任选地,可以使用传热化合物来促进样品室44与样品室保持器42之间的热传递。在某些实施方案中,温度可设定为约-20℃至约100℃的温度。在其他实施方案中,温度可设定为至少约-20℃、-10℃、-5℃、-2℃、0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、10℃、25℃、50℃或100℃的温度。在另外的实施方案中,温度可设定为不超过约-20℃、-10℃、-5℃、-2℃、0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、10℃、25℃、50℃或100℃的温度。在另外的实施方案中,温度可设定为约-10℃至约50℃、约-5℃至约25℃、约-2℃至约10℃、约0℃至约8℃、约1℃至约7℃、约2℃至约6℃、约3℃至约5℃。在某些其他实施方案中,温度设定为约4℃。在一个实施方案中,关于温度设定点的偏差小于1℃。

用于液体样品的样品室44可包括任何合适的材料和形状,使得其具有期望的光学特征。优选地,样品室44在实验期间研究的光谱范围内是光学透明的。在某些实施方案中,样品室44由石英制成。在另外的实施方案中,样品室44由玻璃制成。在某些实施方案中,样品室44的一端可为基本上平坦的,从而允许光以基本上垂直于样品室44的平坦端的角度照射在样品室上,这可为期望的光学情况。在本发明的一个方面,样品室可为玻璃或石英瓶、广口瓶或类似的形状。在某些实施方案中,样品可为液体形式、乳液或悬浮形式。在某些实施方案中,样品可为固体或凝胶形式,诸如霜膏、糊剂、粉末等。用于此类固体样品的一种合适的样品室示于图2中。如图所示,样品室110包括玻璃板100和101,所述玻璃板可定位成夹置垫片材料103。垫片材料103设置有合适尺寸的腔体,在该腔体中设置有样品材料102。

在某些实施方案中,样品室44还可配备有一个或多个入口(未示出),以允许测试样品、添加剂或气体添加到室中或从室中抽取,并且/或者允许样品室热电偶或其他探针或传感器在实验运行期间插入到样品室44中。

热电偶的使用允许在整个实验运行中监测和/或控制室内容物的温度。在某些实施方案中,将热电偶和/或温度计放置成与热电控制器连通,使得温度可在整个实验运行中自动调节以将材料保持在期望的温度。

此外,入口可以允许任选的气体传输管和/或气氛传感器(未示出)在实验运行期间插入到样品室中,以在整个实验运行中监测和/或控制样品室44内的气氛条件。另外,在隔热样品室保持器42正下方是磁力搅拌马达40,其经由适当的连接件附接到磁力搅拌器速度控制器(未示出)。这允许磁力搅拌棒(未示出)在实验运行期间定位在样品室44内,使得磁力搅拌马达可以在整个实验运行中以期望的速度实现材料的搅拌,从而确保基本材料均匀性。

在某些实施方案中,干燥空气(意指具有相对低湿度的空气)可以经由传输管46供应到样品室44的正面和/或背面,以便防止或减少在样品室上形成的冷凝。如本文所用,术语“空气”意指大气空气或任何其他合适的气体,诸如气态氮。

完全穿过样品室44的任何光将最终照射在光束截捕器52上,该光束截捕器的构造方式使得其基本上捕获所有剩余的光,而不允许光的任何显著部分反射回样品室。

在某些实施方案中,总体设备的一个或多个部件可以由计算机2控制或监测。这可以包括光源电源14、灯控制器10、泵流控制器4、水泵36、灯输出反馈检测器18、光能量计12、快门机构26、快门控制器6、膜片28、光度计8、热电偶(未示出)、温度计(未示出)、热电控制器(未示出)、磁力搅拌器速度控制器(未示出)、气体供应和计量装置(未示出)以及气氛传感器(未示出)、空气供应(未示出)或压力调节器(未示出)中的一者或多者。

在本文所公开的设备的操作期间,将包含至少一种感光实体的材料置于样品室44中。

在某些实施方案中,研究的产品材料包括感光营养物质或实体。虽然产品材料的内容物的细节可能是未知的,但在特定实施方案中,可能已知的是感光实体选自:

i.天然和合成食品添加剂、染料和颜料(例如姜黄素、食用樱桃红);

ii叶绿素(所有变体);

iii.肌红蛋白、氧合肌红蛋白和其他血红素蛋白;

iv.水溶性和脂溶性必需营养素、矿物质和维生素(例如核黄素、维生素A、维生素D);

v.含有脂肪酸,特别是多不饱和脂肪酸的食品组分;

vi.油(例如橄榄油、大豆油等);

vii蛋白质(例如衍生自氨基酸色氨酸、组氨酸、酪氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸等的蛋白质);

viii.药物化合物;

ix.个人护理和化妆品制剂化合物及其组分;

x.家用化学品及其组分;以及

xi.农用化学品及其组分。

所关注的产品材料能够以纯态或作为溶液或制剂的组分来研究。例如,可以用溶剂化材料稀释或分散产品材料以利于其研究。此外,可将产品材料根据其形式物理地操纵以用于评价。例如,可以将压制的化妆品粉末研磨成散粉并放置在合适的样品室中。在某些实施方案中,多种未知感光实体可存在于研究的产品材料中,每种处于不同的浓度。基于呈现为参与变化的感光实体的化学性质,可在系统中发生不同模式的光诱导的变化或降解。

例如,对于完整的食品体系,可存在脂肪、氧气和感光营养物质的组合,以允许在光暴露时观察多种感光实体和相关物类之间的相互影响。因此,可以通过一种或多种方法来监测产品材料随光暴露的变化以跟踪这些影响。在光暴露的持续时间之后,可以通过1、2、3、4、5、6、7、8、9或10种或更多种不同的方法来监测产品材料。

使样品室和其中容纳的产品材料达到适于测试的温度,例如约-20℃至约100℃的温度。然后,使光源产生的光照射在样品室和其中容纳的产品材料上,所述光任选地以期望的强度(例如,如在所限定的监测位置处测量的0.01W/cm2-5W/cm2)和波长(例如,290nm-1000nm)准直、过滤、聚焦和/或设定尺寸。可在环境温度或室温下研究产品材料的温度,并且可监测温度以确保其保持在恒定值。

因为样品室44内的一种或多种实体是感光的,照射在它们上的光将导致某些水平的变化,这些变化可以通过在产品材料容纳在样品室44内时测量产品材料或者通过移除测试等分试样以用于通过外部方法测量而以期望的间隔量化。用于测定光诱导的变化或降解的量的合适的分析方法包括HPLC(高效液相色谱法)、GC(气相色谱法)、IR(红外)光谱法、NMR(核磁共振)光谱法、UV-VIS(紫外,可见)光谱法、此色法、结合其他技术的MS(质谱)(例如,GC-MS和LC-MS)、荧光光谱法、离子色谱法、薄层色谱法(TLC)、分析湿法化学、粘度、溶解氧监测、气体逸出、色谱和/或电化学分析(例如,极谱法、伏安法)。在特定实施方案中,测量方法是基于HPLC的,其涉及从样品室44移除测试等分试样。在另一个实施方案中,当产品材料被容纳在样品室44内时执行产品材料分析时,测量方法是基于UV-VIS光谱法的。在另一个实施方案中,通过从光暴露单元移除样品室并在单独的仪器中测量产品材料的颜色,通过光暴露来监测产品材料的颜色变化。

在光暴露开始之前监测产品材料。然后在期望的光暴露长度之后,随后监测或评价产品材料,其中以期望的产品材料评价间隔执行测量。光暴露时间和产品材料评价间隔是所研究的产品材料、环境条件(例如,温度和气体改变),以及其相关变化率的分析研究的函数。在某些实施方案中,总光暴露时间少于12小时、少于11小时、少于10小时、少于9小时、少于8小时、少于7小时、少于6小时、少于5小时、少于4小时、少于3小时、少于2小时、少于1小时、少于45分钟、或少于30分钟。

产品材料评价间隔应当被选择成在总光暴露内或产品材料观察持续时间内获得最少两个数据点。通常希望在光暴露之前进行产品材料评价以及在光暴露结束时进行产品材料评价。附加的产品材料评价可在整个光暴露持续时间内以一定间隔执行。可通过从样品室移除产品材料等分试样或通过在样品光暴露时段期间原位评价产品材料来执行产品材料评价。可间歇地停止光暴露,以允许在室中移除或评价产品材料,然后可恢复光暴露。在特定实施方案中,取样间隔被选择成获得至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、30、35、40、45或50个数据点。在某些实施方案中,基于预期的产品材料变化率来分布数据点。因此,所选择的间隔将取决于产品材料的变化率或其感光性。在某些实施方案中,将样品经由注射器泵或其他合适的装置自动地提取并直接递送至小瓶或分析设备中以用于分析。在某些实施方案中,在光暴露设备中原位评价产品材料。

一旦已经对光暴露实验执行了两次或更多次评价,就可使用跟踪产品材料或衍生产品的变化潜能的所得数据点将感光值分配给测试包装材料。此类感光值可包括例如被检查的感光实体的光诱导的变化或降解的准一级速率常数,其可以经由合适的数学变换转换为感光性因子(Light Sensitivity Factor,LSF)。例如,LSF可定义为感光实体的半衰期,例如,对于准一级反应动力学,其通过将ln(2)除以所获得的准一级速率常数来计算。此外,通过调节实验运行的变量,诸如光谱、光强度、光焦距、光暴露持续时间、样品温度、样品均匀性和样品气氛条件,可以以足够的准确度和精度获得结果,以允许进行质量的运行与运行比较。

实施例

实施例1

两种护肤化妆产品在美国零售购买:

a)L’Occitane Eau d’Immortelle调色剂产品(在L’Occitane商店购买);和

b)Neogen绿茶泡沫洁面乳(在Sephora购买)。

基于包装外观、声明和成分,基于这两种产品的光相互作用的可能性来选择这两种产品。两种产品均为半透明的流体,并且可易于转移到小瓶中以研究光暴露的影响。

这些产品均包装在半透明塑料瓶中。这两个包装均没有二次纸盒(例如外纸板箱),因此瓶和封盖是在零售环境中提供光保护的唯一包装部件。

化妆产品的实验室评价

首先评估产品以确定是否可以监测光谱特征。对于该评价,将每种化妆产品的等分试样转移到石英比色皿中以用于UV-Vis光谱分析。对于UV-Vis分析,将HunterLabUltraScan PRO分光光度计(仪器系列#USP1274)以总透射比(TTRAN)模式设置使用,以进行1cm路径长度(5×5cm室表面积)(仪器系列#USP1274)的液体室测量。将填充有去离子水的此色皿用作这些测量的参考样品。当光谱特征在其响应中饱和时,根据需要用去离子水稀释样品。因此,将Neogen产品用去离子水按重量计5∶1(水∶Neogen)稀释,而在不稀释的情况下研究L’Occtaine产品。

将约40mL的各样品转移到方形玻璃广口瓶(60mL总体积,3cm2占有面积)中。将方形玻璃广口瓶放置到平台上的光暴露设备中用于强光暴露的仪器光束(33)的位置(31,靠近28)处,该光暴露设备在图1中示出并且在共同拥有的WO2013/162947中有所描述。在光暴露期间,用磁力搅拌棒剧烈搅拌样品。瓶的宽度完全包围在光束(33)内。基于限定的仪器位置处的光功率密度和衰减的计算,在光束中放置玻璃广口瓶用于暴露的位置处应用约290,000勒克斯的照度测量。在光暴露持续时间期间,样品温度是未经调节的,但保持在大约恒定的环境实验室温度(19℃)。

在光暴露的持续时间之后,从瓶中移除产品样品的一部分以供离线UV-Vis光谱分析。

L’Occitane Eau d’Immortelle调色剂产品的光谱在120分钟强光暴露后显示出微小乃至没有变化。因此,对于该产品,在正常测量时间尺度中不存在使用该检测方法容易监测的显著感光特征。并未对该产品进行进一步的研究。

经稀释的Neogen产品光谱在370nm、390nm、400nm、480nm和670nm处的特征中显示出感光性。

反应动力学建模

在如WO 2013/163421中所公开的用于测量光保护性能的申请人的标准方法中,可以监测核黄素标记溶液在光暴露持续时间之后的衰减。跟踪作为光暴露时间的函数的核黄素浓度,并且发现其损失遵循一级反应动力学;更确切地,核黄素的准一级衰减。如果光强度改变,则其也将对反应动力学具有影响,但因为强度保持恒定,有效地观察到一级行为,或准一级衰减。此处,应用该方法来应用速率定律以表征光暴露产品的变化。

积分一级速率定律(其中[A]指示时间t时反应物A的浓度)如下:

ln[A]t=-k t+ln[A]0

在该速率定律中,准一级速率常数或简单速率常数为k,并且[A]0为A的初始浓度。为了评估一级反应动力学,用ln[A]作为y且t作为x绘制数据。当一级反应动力学描述物类A的浓度分布时,将观察到斜率为-k的直线。

另外,对于一级反应动力学,半衰期或当[A]t=[A]0/2时的时间定义为:

将该方法应用于经稀释的Neogen产品。经稀释的Neogen产品的光谱特征的分析示出它们以一级反应动力学的合理近似衰减(表1.1)。尽管该模型提供了所观察的数据的合理近似,但与该反应动力学模型存在一些差异。

表1.1 Neogen洁面乳一级反应动力学衰减模型

波长 370nm 390nm 400nm 480nm 670nm
k(-m)(1/min) 0.006 0.008 0.008 0.008 0.010
b -0.09 -0.11 -0.12 -0.05 -0.19
Ao(exp(b)) 0.91 0.89 0.89 0.95 0.83
t 1/2(min) 108.7 91.0 85.4 90.9 70.0
R∧2 0.953 0.949 0.951 0.979 0.922

基于这一观察,考虑了二级反应动力学模型。使用先前描述的样品变量,积分二级速率定律如下:

为了评估二级反应动力学,用1/[A]作为y且t作为x绘制数据。当二级反应动力学描述物类A的浓度分布时,将观察到斜率为k的直线。另外,对于二级反应动力学,半衰期(或当[A]t=[A]0/2时的时间)定义为:

将二级模型应用于数据,并且对于所分析的各光谱特征观察到优异的相关系数(表1.2);所有R2值高于0.99,这指示数据与该模型一致。

表1.2:Neogen洁面乳二级反应动力学衰减模型

波长 370nm 390nm 400nm 480nm 670nm
k(m)(1/min) 0.010 0.014 0.017 0.056 0.164
1/Ao(b) 1.004 1.063 1.083 3.892 7.776
t 1/2(b/m)(min) 98.192 73.729 65.460 69.374 47.333
R∧2 0.994 0.996 0.998 0.997 0.993

基于在暴露时间期间监测光谱特征变化的成功以及用二级反应动力学对所观察的衰减行为进行建模的能力,我们选择该经稀释的Neogen产品作为良好候选物,以使用WO2013/163421中所述的用于光暴露期间原位监测的仪器中的样品室(44)进一步评价。

原位监测光暴露的护肤产品

使用WO2013/162947中所述的光暴露仪器,将Neogen产品以2∶1稀释比(用去离子水按重量计稀释)置于正常样品室(44)中。使用0.48W/cm2的光强度在19℃下光暴露120分钟。

使用这些条件,进行了一系列实验。首先进行实验以评价在表1.3中表示为“无包装”的测试条件下产品材料的感光性。

在使用“无包装”条件证实感光性的情况下,采用不同的包装材料执行进一步实验以评估其光保护性能。每个实验使用新鲜稀释的Neogen产品样品。对于包装材料,我们探索了三种附加的条件:Neogen商业包装,PET实验瓶B,以及PET实验瓶C,使用WO2013/162947的实施例和附图中所述的包装样品保持器,将它们各自放置到包装样品位置28处的光束中。我们监测670nm光谱特征以进行如所述鉴定的分析。作为所关注的数据中峰的相对变化率而非吸光度数据的实际量值,使用初始时间数据对吸光度数据进行归一化。

在分析中,包装对670nm光谱特征的衰减的影响是明显的。随着包装变得更具保护性,670峰的变化被调节。对于最具保护性的包装(瓶C),在120分钟光暴露下并未观察到可测量的变化。在包括商业包装在内的所有其他包装中,在产品光谱特征中看到显著的衰减。基于探索性工作,应用二级反应动力学模型来确定如表1.3中所报告的参数。

除了所观察到的二级衰减模型的参数之外,我们还将称为光保护因子(LightProtection Factor,LPF)的量度报道为用二级模型计算的半衰期(t1/2=1/(k*A0)=b/m)。使用二级模型分析的一系列包装的完整数据示于表3中。

表1.3:对于670nm光谱特征使用二级反应动力学模型对Neogen产品进行光保护包 装性能评价的参数

在产品中发生显著降解的数据得到均高于0.98的优异相关系数;然而,当包装C几乎没有发生降解时,相关系数较差。这指示该包装的非常高的光保护性能,在所使用的实验条件下不能量化。

可以通过查看该产品和包装组合的LPF值来考虑光保护性能。商业包装的LPF是LPF 436min。对于包装B,其增加一个数量级至LPF1,120min,且对于包装C,其增加三个数量级至LPF 121,000min。因此,与市售包装相比,包装B和包装C设计显著地提高了包装的光保护性能。

该实施例示出,化妆产品或其他未知样品的评价可以使用申请人的光保护性能评估仪器采用WO 2013/163421中提出的改进方法执行。概括地说,在实施例中示出的该方法中,鉴定了具有未知感光性的产品材料中的关键特征。然后原位或非原位通过光暴露跟踪这些特征,并使用适当的反应动力学模型建模。

对于Neogen产品,我们鉴定了未知产品的感光性。具体地,我们发现产品特征以二级反应动力学衰减,具有优异的相关系数。然后,我们使用产品感光性的知识对包装材料执行光暴露评价,以量化包装可如何为产品提供光保护。最后,我们进一步利用该信息来定义可如何设计包装来为产品提供附加的光保护性能。此类光保护将防止或限制此类包装内的产品在接受光暴露后的产品变化。

实施例2

零售购买橄榄油(Bertolli)并在实验前储存于暗箱中。使用WO2013/162947中所述的仪器,通过将橄榄油置于样品室44中来评价橄榄油。将温度控制在20℃,并在整个实验中剧烈搅拌橄榄油。从市售的橄榄油瓶(PET和玻璃包装材料两者)切出包装样品。将待测试光保护的包装样品附连到样品保持器28上,并放置在测试室与曝光灯泡之间的样品测试位置31中。

收集橄榄油的UV/Vis吸收光谱,每分钟一次,持续40至90分钟。将产品的感光性在670nm处的峰中鉴定,并且跟踪以确定衰减率。670nm处物类的降解遵循准一级动力学,并且数据与具有速率常数k’和t1/2的准一级反应模型拟合,如实施例1中所述。

光谱示出,随着暴露时间增加,670nm处的吸光度降低。选择670nm处随时间推移的吸光度作为准一级参数拟合的光谱特征,因为吸光度处在适于将吸光度与浓度相关联的范围之内(a.u.<1.0),如由比尔-朗伯定律所测定。

670nm峰的来源归因于叶绿素,并且使用叶绿素a在油酸中的可信标准的校准被用来确定橄榄油中的叶绿素浓度(表2.1),其示出随光暴露时间增加,叶绿素浓度降低。

表2.1:叶绿素浓度作为暴露时间的函数

时间(分钟) 叶绿素浓度(mg/kg) 叶绿素(%初始)
0 16.8 100%
5 16.6 99%
15 15.6 93%
30 14.7 87%
45 13.8 82%
60 13.0 77%
120 11.7 70%
150 10.6 63%
180 9.5 57%

将表2.1的数据拟合至准一级速率衰减,其中观察到强相关性(R2为0.993)。

在鉴定的橄榄油的感光性的情况下,以该方式进行商业包装样品的附加评价以确定在橄榄油光暴露期间的t1/2,那些结果共享于下表2.2中。

表2.2:测试包装样品的准一级速率常数和t1/2

包装 材料 颜色 k’(min<sup>-1</sup>) t<sub>1/2</sub>(h)
A PET 绿色 0.00144 8.04
B PET 深绿色 0.00075 15.60
C 玻璃 深绿色 0.00171 6.77
D PET 浅绿色 0.00297 3.89

表2.2的数据展示,本发明的方法可用于鉴定未知产品材料的感光性。一旦使用该方法鉴定,就可进一步研究产品以鉴别和量化不同包装材料的性能。此处,用该方法研究了橄榄油的商业包装。该方法允许包装由不同材料制成并且为不同颜色,并且定量地比较以确定它们的光保护性能。该方法允许对不同包装形式的光保护性能进行定量评估。

实施例3

市售化妆品霜膏购自零售店以用于评价,以确定其感光性。为了在WO2013/163421中所述的光暴露装置中进行评价,如图2所示,将化妆品霜膏102铺展到装配有氯丁橡胶垫片103的载玻片101上,然后将第二载玻片100放置在霜膏102上,并将该组件用胶带粘在一起以形成具有平滑表面的霜膏的密封室。制备两个样品组件,一个暴露于光(称为“光”样品),一个保持在黑暗中(称为“暗”样品)。然后将这两个组件装载在样品保持器28上,其中暗样品定位在光样品和铝箔片的后面。该方案确保了样品在实验期间不显著干燥,并且除了光暴露之外,使暗样品经受与光样品相同的条件(即,处理、温度)。然后将样品置于测试设备内并暴露于光。定期移除样品进行颜色测量。

在Hunter Associates Lab Labscan Spectro色度计上收集颜色测量值。将Tristimulas XYZ和L*a*b*值记录为暴露时间的函数,并且基于以下方程计算ΔE*:

其中下标0表示时间=0分钟时的值,并且下标i表示时间=i分钟时的值。该测量考虑了所有颜色变化,而不管变化模式是暗化、亮化、黄化等。使用“光”与“暗”样品之间的ΔE*差值来确定由于光暴露引起的变化,其中对于60分钟的光暴露,结果示于下表3.1中。

表3.1:无光保护情况下的霜膏A-H的颜色变化

在大多数情况下,光暴露的样品比暗样品更多地改变颜色,这指示光暴露导致颜色劣化。

通过跟踪随时间推移的颜色变化来进一步研究霜膏A,其中在霜膏与入射光之间的各种包装样品置于位置28处。作为时间函数的颜色变化示于表3.2中。

表3.2:具有用于光保护的各种包装样品的霜膏A随时间推移的ΔE*。an.d.=未测

包装: E F G H I
时间 ΔE* ΔE* ΔE* ΔE* ΔE* ΔE*
0 0.0 0.0 0.0 00 0.0 0.0
5 7.6 0.5 0.4 0.5 0.1 n.d.<sup>a</sup>
10 10.4 1.5 n.d.<sup>a</sup> 0.9 0.1 n.d.<sup>a</sup>
15 13.0 3.9 3.6 1.8 0.2 0.2
30 16.3 7.9 6.8 6.2 0.3 0.3
45 18.4 9.6 8.9 7.5 0.4 0.4
60 19.3 11.2 10.0 8.4 1.2 0.3

对于化妆品霜膏应用,希望具有不改变的稳定颜色。通常在颜色工业中,大于1的ΔE值是人眼可察觉的。数据的检查示出,在没有任何保护性包装(“无”)的情况下,霜膏在光暴露期间迅速改变颜色,最终在45分钟后稳定在约AE*为19。

在霜膏和入射光之间放置光保护包装降低了颜色变化的速率。更具体地,包装H在45分钟内限制颜色变化,并且包装I能够在60分钟的光暴露内限制颜色变化。

因此,使用本发明的方法,发现可以跟踪产品材料以评估感光性。一旦鉴定,就可以进行包装材料的进一步评价,显示可如何使用此类方法鉴别包装的光保护性能。

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